隨著數(shù)控機(jī)床成為制造裝備的主流設(shè)備，為滿足數(shù)控機(jī)床對刀具高精度、高可靠性遭屑、高加工效率、長壽命及環(huán)保等性能的要求运荸，開發(fā)綜合性能優(yōu)良的刀具就顯得尤為迫切贴袖，而新型刀具材料的開發(fā)速度尚不能滿足刀具的要求，對刀具進(jìn)行表面改性不僅可以滿足不同機(jī)床設(shè)備的要求吩擒，而且也減少了開發(fā)新型刀具材料的壓力质窒，因而刀具表面改性工程技術(shù)在近年來得到了迅速發(fā)展。

　　目前贷腕，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家和機(jī)械加工行業(yè)已普遍采用刀具涂層技術(shù)烈菌，刀具使用壽命顯著提高，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也相應(yīng)大幅改進(jìn)花履。我國進(jìn)口的刀具芽世，如山特維克、肯納诡壁、山高济瓢、瓦爾特、三菱等世界著名刀具供應(yīng)商妹卿，其生產(chǎn)刀具幾乎全部帶有涂層旺矾，因此，刀具涂層技術(shù)的應(yīng)用是未來刀具發(fā)展的趨勢夺克，而高性能刀具涂層的開發(fā)和應(yīng)用則更為重要箕宙。

　　刀具涂層的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

　　1 刀具涂層的發(fā)展歷史

　　刀具涂層的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)有近半個(gè)世紀(jì)的歷史，20世紀(jì)60年代初期铺纽，瑞典Sandvik公司和德國Krupp公司研發(fā)了化學(xué)氣相沉積（CVD）涂層技術(shù)柬帕，1969年向市場提供了第一代CVD涂層硬質(zhì)合金刀片。此后诫瑞，美國秃囚、日本和其他國家也相繼推出CVD涂層硬質(zhì)合金刀具。隨著CVD技術(shù)的不斷發(fā)展和設(shè)備的更新完善喘玄，CVD涂層的種類向多元测佣、多層、復(fù)合方向發(fā)展蝗悼，這使硬質(zhì)合金刀具的性能得到很大提升忽件。由于CVD涂層工藝溫度約為1000℃，雖有可靠的膜基結(jié)合強(qiáng)度出募，但其自身也有一些缺陷涌俘，如刀具的切削刃需經(jīng)鈍化預(yù)處理，刀具涂層內(nèi)部有較高的殘余拉應(yīng)力，此外更不能用于高速鋼類刀具的表面涂層跃唧，這使其應(yīng)用領(lǐng)域受到極大的限制茴怀。

　　20世紀(jì)70年代初期，美國R.Bunshan和A.Raghuran開發(fā)了物理氣相沉積（PVD）涂層技術(shù)令怎，其沉積工藝溫度在500℃以下找筝，主要用于高速鋼類刀具表面涂層。多年來慷吊，隨著PVD工藝技術(shù)的不斷發(fā)展和PVD設(shè)備的日趨完善袖裕，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。

　　2 刀具涂層技術(shù)近況

　「绕俊（1）CVD涂層技術(shù)及發(fā)展趨勢急鳄。

　　CVD技術(shù)廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金刀片的表面處理，可實(shí)現(xiàn)單層涂層堰酿，單成份及多層疾宏，多成份復(fù)合涂層的沉積。涂層厚度可達(dá)到7～9μm触创，不僅具備很好的耐磨性坎藐，同時(shí)與基體的結(jié)合強(qiáng)度較高。但由于其沉積工藝溫度高哼绑，易造成基體的抗彎強(qiáng)度下降岩馍；涂層內(nèi)部有較高的拉應(yīng)力，易導(dǎo)致使用過程中產(chǎn)生微裂紋抖韩。同時(shí)CVD工藝過程中排放的廢氣浇沧，廢液易造成環(huán)境污染。

　　目前CVD涂層技術(shù)方法主要有以下2種：

　　·第一種方法是中溫CVD技術(shù)豹炊，以含C坏扣、N的有機(jī)物乙腈(CH3CN)為主要反應(yīng)氣體和TiCl4、H2檀塌、N2在700℃～900℃下產(chǎn)生分解伶摩、化學(xué)反應(yīng)，生成TiCN的一種新方法前河，可獲得致密纖維狀結(jié)晶形態(tài)的涂層，涂層厚度可達(dá)8～10μm挺候。這種涂層結(jié)構(gòu)具有極高的耐磨損性框嫁、抗熱震性及韌性，并可通過HT-CVD(高溫化學(xué)氣相沉積)工藝技術(shù)在表層沉積上Al2O3即钞、TiN等抗高溫氧化性能好形炬，與被加工材料親和力小，自潤滑性能好的材料。MT-CVD涂層刀片適合于高速亏吝、高溫岭埠、大負(fù)荷、干式切削條件下使用蔚鸥，其壽命比普通涂層刀片提高1倍左右惜论。

　　·第二種方法是通過對CVDAl2O3成核過程更精確的控制，可使涂層獲得所希望的α或κ晶相止喷。在CVD所能沉積的幾Al2O3晶相中α-Al2O3最穩(wěn)定馆类，其耐高溫性和耐磨性也最好。

　〉（2）PVD涂層技術(shù)及近況乾巧。

　　PVD涂層技術(shù)在工藝上主要有2種方式。

　　·真空陰極弧物理蒸發(fā)（ARC）预愤。真空陰極弧物理蒸發(fā)過程包括將高電流沟于，低電壓的電弧激發(fā)于靶材之上，并產(chǎn)生持續(xù)的金屬離子植康。被離化的金屬離子以60~100eV平均能量蒸發(fā)出來形成高度激發(fā)的離子束社裆，在含有惰性氣體或反應(yīng)氣體的真空環(huán)境下沉積在被鍍工件表面。真空陰極弧物理蒸發(fā)靶材的離化率在90%左右向图，所以與真空磁控離子濺射相比谈毫，沉積薄膜具有更高的硬度和更好的結(jié)合力。但由于金屬離化過程非常激烈碉讯，會(huì)產(chǎn)生較多的有害雜質(zhì)顆粒鹤鲤，涂層表面較為粗糙。

　　·真空磁控離子濺射（SPUTTERING）订淑。真空磁控離子濺射過程中枷辫，氬離子被加速打在加有負(fù)電壓的陰極（靶材）上，離子與陰極的碰撞使得靶材被濺射出帶有平均能量4~6eV的金屬離子搁排，這些金屬離子沉積在放于靶前方的被鍍工件上笔房，形成涂層薄膜。由于金屬離子能量比較低占窥，涂層的結(jié)合力與硬度也相應(yīng)較真空陰極弧物理蒸發(fā)方式差一些学虑，但由于其表面質(zhì)量優(yōu)異被廣泛應(yīng)用于有表面功能性和裝飾性的涂層領(lǐng)域中。

　∷艉！（3）刀具涂層的發(fā)展方向欲炉。

　　·涂層技術(shù)的發(fā)展已從當(dāng)初的TiC、TiN單元涂層發(fā)展為TiC-Al2O3-TiN赞季、TiCN愧捕、TiAlN等多元復(fù)合涂層奢驯，涂層性能有了很大的改善，應(yīng)用范圍相應(yīng)擴(kuò)大次绘。

　　·由單層向多層梯度涂層發(fā)展瘪阁。對不同的涂層材料進(jìn)行組合，降低應(yīng)力以提高涂層與基體的結(jié)合邮偎，從而提高刀具的綜合性能管跺。

　　·單成份涂層的厚度趨向于越來越薄，并逐步趨于納米級钢猛。

　　·涂層工藝的溫度趨向于越來越低但荤，刀具涂層向更合理的方向發(fā)展切咸。

　　·可涂層刀具的基體材料越來越廣网严，已不僅限于硬質(zhì)合金和高速鋼類刀具稳捆。

　　刀具涂層關(guān)鍵技術(shù)

　　（1）涂層應(yīng)有良好的力學(xué)性能壶愤、良好的抗磨損性淑倾、抗高溫氧化性。

　′瘫ァ（2）涂層與刀具基體應(yīng)有良好的結(jié)合強(qiáng)度绸廉。

　　（3）涂層的物理性能與刀具基體要有良好的匹配常择。

　∫倘（4）涂層與被加工材料不能相互產(chǎn)生親和力。

　“食唷（5）涂層與被加工材料的摩擦系數(shù)要盡可能小购狈。

　　（6）要有涂層前的預(yù)處理工藝和涂層后的清潔鈍化處理粮唯。

　≡踊（7）要有先進(jìn)、可靠浇找、穩(wěn)定的涂層設(shè)備和針對性成熟工藝签子。

　　國內(nèi)外涂層技術(shù)及涂層設(shè)備狀況

　　自20世紀(jì)80年代初，Balzers公司將其PVD涂層工具投入市場以來搭为，歐洲該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展在全世界范圍內(nèi)起了非常重要的作用缺西。隨著現(xiàn)代裝備制造業(yè)高速加工時(shí)代的到來，世界各國更加注重刀具涂層技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展蛔六。歐洲刀具涂層荆永，近幾十年來得到了出乎意料的廣泛發(fā)展，尤其是PVD涂層技術(shù)和設(shè)備的日益完善国章，可以說代表了當(dāng)前世界最高水平具钥。

　　目前，歐洲PVD涂層設(shè)備制造廠家有10余家液兽，相應(yīng)的涂層加工服務(wù)中心有60多家骂删，在機(jī)械加工業(yè)較發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)已形成了完整的服務(wù)體系。目前歐洲在刀具涂層領(lǐng)域較有影響的涂層設(shè)備制造及服務(wù)的公司有瑞士的Balzers公司四啰、Platit公司以及德國的Cemcom公司宁玫、PVT公司等，這幾家公司主要采用陰極電弧和磁控濺射技術(shù)柑晒。

　　歐洲的PVD涂層技術(shù)對我國的刀具市場影響極大欧瘪，目前這些高水平的涂層公司已經(jīng)將最先進(jìn)的技術(shù)，最好的服務(wù)模式引進(jìn)到中國匙赞，并且有些公司還在中國沿海城市建立了涂層加工中心佛掖，專門從事PVD涂層的服務(wù)。

　　國內(nèi)刀具涂層技術(shù)的發(fā)展幾乎與歐洲各國同時(shí)起步季距。目前虚蹋，歐洲刀具涂層的先進(jìn)水平已發(fā)展到第五代水平，而國內(nèi)基本上還停留在第二代的水平蒿蛆。其原因是歐洲的各涂層公司采取的方針是：建立多方聯(lián)合開發(fā)體系抄娜，強(qiáng)強(qiáng)合作，并堅(jiān)持自己的特色毙纫，緊隨市場需求砂彻，不斷開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品港排，逐步滿足市場需要搪狗；國內(nèi)刀具涂層技術(shù)研究開發(fā)則以大專院校和研究所為主，基礎(chǔ)理論研究分析和新涂層的開發(fā)與國外先進(jìn)水平相當(dāng)摇龟，甚至有些概念還超前于歐洲各國两胃，但在如何指導(dǎo)工業(yè)化生產(chǎn)及更進(jìn)一步新理論的研究方面還有所欠缺，目前還未有相應(yīng)的政策指導(dǎo)遮乾，這應(yīng)引起重視與思考专肪。

　　陜西地金成表面工程有限公司是從事刀具涂層技術(shù)研發(fā)和工業(yè)應(yīng)用的專業(yè)化高新技術(shù)企業(yè)。技術(shù)依托北京航空航天大學(xué)堪侯、西安交通大學(xué)嚎尤、西北工業(yè)大學(xué)等研發(fā)實(shí)力雄厚的科研院所，聯(lián)合國內(nèi)涂層設(shè)備制造行業(yè)著名的北京實(shí)力源科技開發(fā)公司伍宦，自主開發(fā)出全自動(dòng)控制磁控濺射-多弧離子沉積成套設(shè)備芽死，其性能指標(biāo)接近于國際水平，同時(shí)開發(fā)出針對不同工況下的系列納米級涂層工藝技術(shù)次洼。

　　這些技術(shù)已經(jīng)在西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司关贵、西安飛機(jī)國際航空制造股份有限公司遇骑、陜西鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)力股份公司、一拖（洛陽）匯德工裝有限公司揖曾、包頭第一機(jī)械制造廠等企業(yè)廣泛應(yīng)用落萎，并產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　陜西地金成表面工程有限公司刀具涂層及性能

　　磁控濺射-多弧離子沉積設(shè)備是集磁控濺射技術(shù)沉積膜層的細(xì)膩炭剪、致密和多弧離子沉積的離化率高练链、沉積速率快的優(yōu)點(diǎn)為一體的新型復(fù)合技術(shù)，具有梯度功能連續(xù)過渡奴拦、多層多元結(jié)構(gòu)交替組合的功能颖倾，可以制備適用于各種工況需求的陶瓷涂層；整機(jī)的設(shè)計(jì)先進(jìn)天库、合理才褂，并且采用工控機(jī)和可編程邏輯控制器來控制整個(gè)鍍膜流程，從而保證了工藝過程的穩(wěn)定性眼膊、可重復(fù)性及膜層質(zhì)量的精確控制绪樊。

　　轟偏電源的保護(hù)設(shè)計(jì)更有獨(dú)到之處，兼有調(diào)壓舆鸿、整流藐篡、脈沖、過載保護(hù)翰发、自動(dòng)滅弧等功能辑剿，且該技術(shù)無公害、無污染吮骑、綠色環(huán)保坚浩。

　　DJC系列涂層刀具的應(yīng)用案例

　　由以上結(jié)果可以看出，航空制造業(yè)中難于進(jìn)行機(jī)械加工的材料（如鋁合金循头、鈦合金绵估、鎂合金、高溫合金卡骂、不銹鋼等）用普通刀具難以加工国裳，且加工效率很低，刀具使用壽命很短全跨，而采用涂層刀具不僅延長了使用壽命缝左，而且提高了加工效率，并使被加工零件的表面質(zhì)量上了一個(gè)等級浓若。

　　結(jié)束語

　　隨著我國制造裝備業(yè)的快速發(fā)展渺杉，我國的刀具涂層技術(shù)不久將步入一個(gè)快速發(fā)展期，必將有越來越多的高性能涂層刀具由國內(nèi)涂層中心加工生產(chǎn)，不斷提高我國的切削加工技術(shù)水平是越，并為發(fā)展我國現(xiàn)代裝備制造業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)耳舅。

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